Information géographique

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.title[
# Information géographique
]
.subtitle[
## Définition, méthodes d’acquisition et formats
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.author[
### Ronan Ysebaert, Maxime Guinepain
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.date[
### Dernière mise à jour: 2022-09-19
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# 1. L'information géographique ? Définition et outils

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## L'information géographique

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L'information géographique peut être définie comme «**l'ensemble de la description d'un objet et de sa position géographique à la surface de la Terre.**» (*Association Française pour l'Information Géographique*).

Toute information contenant une référence à un localisation, qu’il s’agisse d’un **point** précis du territoire, d’**une ligne** (route, frontière, cours d'eau) ou encore d’**une surface** (aire protégée, zone d’emploi, commune...) **a une dimension géographique**.

Entre **60 et 80%** de l’information que nous traitons possède une dimension géographique. (*Hahmann S. et Burghardt D., 2012, « How much information is geospatially referenced? Networks and cognition »*).
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Pour qu'une information soit considérée comme géographique, celle-ci doit précisément être **localisée dans l'espace**.

La force des données géographiques est de pouvoir les croiser entre elles lorsqu'elles partagent un même socle géographique. On crée ainsi de la donnée à valeur ajoutée préparant la prise de décision (*Ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des Territoires, 2019*).

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## Les composantes de l'IG

<div id="htmlwidget-4d8104f62c0227c27aff" style="width:900px;height:504px;" class="grViz html-widget"></div>
<script type="application/json" data-for="htmlwidget-4d8104f62c0227c27aff">{"x":{"diagram":"digraph dot {\n\n # a \"graph\" statement\n graph [overlap = true]\n\n # several \"node\" statements\n node [shape = rectangle, fontname = Helvetica, color=\"#9c2005\", fontsize=13]\n d1\n\n node [shape = ellipse, fontname = Helvetica, color=black, fontsize = 9] // sets as circles\n d2; d3; d4\n \n d1 [label = \"Données géographiques\"];\n d2 [label = \"Niveau sémantique\"];\n d3 [label = \"Niveau géométrique\"];\n d4 [label = \"Niveau topologique\"];\n\n # several \"edge\" statements\n d1->d2[arrowhead = none]\n d1->d3[arrowhead = none]\n d1->d4[arrowhead = none] \n\n}","config":{"engine":"dot","options":null}},"evals":[],"jsHooks":[]}</script>

## Niveau géométrique

Le **niveau géométrique** d'un objet géographique correspond à **sa forme et sa localisation** sur la surface terrestre, exprimés dans un **système de coordonnées** explicite.

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## Niveau géométrique

Pour stocker, manipuler, analyser et représenter de l'information géographique, on distingue généralement 2 types de données : le raster et le vecteur.

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### Le raster

**c'est une image** (plan scanné, photographie aérienne, image satellitaire...) **localisée dans l'espace**.

L’information géographique est alors stockée dans des cellules (pixel) contigües généralement carrées.

Chaque pixel **défini par une résolution** possède des valeurs qui peuvent être traitées et cartographiées.

La manipulation des rasters est complexe et nécessite des outils très spécialisés.    
]

.pull-right[
Raster 
<img src="data:image/png;base64,#figures/Capture1.PNG" width="512" />
</div>

]

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## Niveau géométrique

Pour stocker, manipuler, analyser et représenter de l'information géographique, on distingue généralement 2 types de données : le raster et le vecteur.

### Le vecteur

.pull-left[
**Le format vectoriel** utilise le concept d'**objets géométriques (points, lignes, polygones) pour représenter (et stocker) des objets géographiques**.

Ces objets géométriques sont **précisément localisés dans l'espace**.

Leur manipulation est simple et permet de puissants traitements.

]

.pull-right[

<div class="centered">
Vecteur 
<img src="data:image/png;base64,#figures/Capture2.PNG" width="400" />
</div>
</div>

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## Niveau géométrique

Pour stocker, manipuler, analyser et représenter de l'information géographique, on distingue généralement 2 types de données : le raster et le vecteur.

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## Niveau topologique

Le niveau topologique  **d'un objet géographique se déduit du niveau géométrique**. Il correspond aux relations éventuelles avec d'autres objets ou phénomènes (ex : contiguïté entre deux batîments).

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## Niveau sémantique

**Il s'agit de l'ensemble des informations relatives à un objet géographique, qui le décrivent et le caractérisent**. Elles sont souvent nommées données attributaires.

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## Niveau sémantique

**Il s'agit de l'ensemble des informations relatives à un objet géographique, qui le décrivent et le caractérisent**. Elles sont souvent nommées données attributaires.

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## Les outils : Logiciels d'analyse de données

Les logiciels d'analyse de données (R, SAS, SPSS, etc.) permettent de traiter, explorer et analyser les données disposant d'une dimension géographique, grâce à du code et des fonctions.

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## Les outils :  Systèmes d'Informations Géographiques (SIG)

Les SIG sont l'ensemble des outils informatiques permettant de **collecter, stocker, gérer, manipuler, analyser, modéliser et représenter de l’information géographique**.

.center[
<img src="data:image/png;base64,#figures/qgis_style.png" width="480" />
]

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## Les outils :  Logiciels de cartographie thématique

Bien que les SIG permettent la réalisation de représentations cartographiques, il ne s'agit pas de leur principale fonctionnalité et réaliser une carte peut s'avérer fastidieux... Si l'on souhaite rapidement réaliser une carte qui respecte l'ensemble des règles de la cartographie, **il est plus simple d'utiliser un logiciel spécialisé**.

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# 2. Méthodes d'acquisition de l'information géographique

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## Relevés de terrain

Le **levé topographique avec théodolite** permet de relever précisément l'étendue et la topographie d'un territoire. 
Le **relevé de point GPS** permet de collecter la localisation précise d'objet dans l'espace.

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## Télédétection (image satellite)

**La télédétection comprend l’ensemble des procédés et techniques qui permettent d'acquérir à distance des informations sur les objets terrestres**, en utilisant les propriétés des ondes électromagnétiques émises ou réfléchies par ces objets. La collecte de données de télédétection est réalisée par des avions ou par des satellites.

**Les informations géographiques collectées par télédétection sont stockées en format RASTER**. Le traitement de ce genre de données nécessite l'**utilisation de logiciels spécialisés (Envi, Erdas, Idrisi...).**.

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## Photogrammétrie (photo aérienne) et LiDAR

**Ces deux technologies permettent de determiner la forme, les dimensions, la position dans l'espace d'un objet**. Elles sont trés utilisées pour les levés topographiques, mais aussi pour de nombreuses autres applications.

La photogrammétrie est une technologie passive. Elle est basée sur des images transformées de la 2D en modèles cartométriques 3D. Elle utilise le même principe que les yeux humains pour établir une perception de profondeur. La limitation de la photogrammétrie est qu’elle ne peut générer que des points basés sur ce que le capteur de la caméra peut voir.

LiDAR qui signifie Light Detection and Ranging est une technologie basée sur des faisceaux laser. Il tire au laser et mesure le temps qu’il faut pour que la lumière revienne. C’est ce qu’on appelle un capteur actif car il émet sa source d’énergie plutôt que de détecter l’énergie émise par les objets au sol.

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## Digitalisation

**La digitalisation consiste à numériser des points à partir d'un support visuel**, c'est à dire à attribuer à chaque point des coordonnées X et Y dans un système quelconque. Cela revient le plus souvent à **créer des objets géographiques vectoriels à partir d'information géographique en mode RASTER (ex : photo aérienne)**.

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## Les recensements et enquêtes

**Les recensements de population et les enquêtes** contiennent la plupart du temps une dimension géographique. (ex : département de naissance, commune d'habitation, pays d'émigration...). Elles sont d'ailleurs **généralement diffusées par entités (objets) géographiques (IRIS, commune, département, région...)**.

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Les données issues de recensements et d'enquêtes sont le plus souvent des données attributaires d'objets géographiques !

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Cette carte représente des données issues du RGP 2006 et fournies à l'échelle des communes françaises.

Il suffit de les mettre en relation avec les polygones des limites communales françaises pour les transformer en données attributaires d'objets géographiques.

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## Et... le Geoweb !

Le mot **Geoweb désigne le mélange du Web 2.0 (ou web participatif) avec tout ce qui est lié à l'information géographique**.

Les **SIG grand public** (ex : OpenStreetMap), les **bases de données participatives** ayant une dimension géographique (ex : Le boin coin) et les **applications** utilisant la géolocalisation (ex : Twitter) sont des outils du Geoweb.

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## Créer de l'information géographique

En dehors de l'information géographique créée par des organisations / institutions, une pratique de plus en plus répandue consiste à recourir à divers outils pour créer de l'information géographique et répondre à des **problématiques spécifiques** à son projet.

Le développement des technologies (GPS, smartphone, SIG grand public en ligne) permet aujourd'hui au plus grand nombre de créer de l'information géographique.

Les trois méthodes les plus répandues sont :

- **Géolocalisation par GPS**  : déterminer la localisation à partir de smartphones, GPS grand public et objets connectés.
- **Le Géocodage**:  déterminer la localisation (latitude, longitude) d'un point à partir d'une adresse.
- **La Numérisation/Digitalisation** : numériser des points à partir d’un support visuel. Une des première fonctionnalité des SIG.

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### Géolocalisation / GPS

Un exemple d'une application de suivi de bouquetins mis en oeuvre par le [Parc National du Mercantour](https://bouquetin.mercantour-parcnational.fr).

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## Géocodage

De nombreux outils de géocodage sont utilisables gratuitement sur le Web. Ces outils reposent sur une base de données d'adresse géoréférencées et déterminent une localisation géographique précise en latitude/longitude. Ex : Le géocodeur [datagouv.fr](https://adresse.data.gouv.fr/tools)

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## Numérisation / Digitalisation

**Les SIG ont toujours permis de digitaliser de l'information géographique**. Mais aujourd'hui, **des outils grand public sont apparus** et permettent la digitalisation de données sans avoir de connaissances approfondies en SIG.

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## Numérisation / Digitalisation

Par exemple, **uMap** est un logiciel libre grand public qui permet de positionner aisément des informations sur une carte et des les partager.

*Exemple d'organisation de vacances collectives via uMap*

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# 3. Où trouver de l'information géographique ?

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## Données publiques

La donnée publique couvre l’ensemble des données qui sont ou devraient être (légalement ou volontairement) publiées ou tenues à disposition du public, et qui sont **produites ou collectées par un État, une collectivité territoriale, un organe parapublic**, dans le cadre de leurs activités de **service public**.

L'accessibilité de la donnée publique (qui implique aussi la liberté d'accès aux documents administratifs) **est un des éléments de la transparence d'une gouvernance**.

Cette information a d'autant plus de valeur pédagogique, historique, sociale, culturelle ou économique qu'elle est fiable, catégorisée, organisée, diffusée et réutilisable.

**Des outils informatiques, parfois collaboratifs, permettent de mieux l'organiser et la valoriser dans la sphère du Web** (ex : [GéoCatalogue](http://www.geocatalogue.fr/)).

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## Open Data

Une **donnée ouverte** est une donnée numérique d'origine publique ou privée. Elle peut être produite par une collectivité, un service public (éventuellement délégué) ou une entreprise.

Elle est diffusée de **manière structurée** selon une méthodologie et une **licence ouverte** garantissant son **libre accès** et sa réutilisation par tous, sans restriction technique, juridique ou financière mais selon certains devoirs pour l'utilisateur.

L'ouverture des données (dit « Open Data ») représente à la fois un mouvement, une philosophie d'accès à l'information et une pratique de publication de données librement accessibles et exploitables.

Un mouvement (initié dans les années 1990 par des chercheurs) pour l'**accès libre et gratuit** aux données scientifiques. Il s'est élargi depuis au domaine des données publiques.

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## Les fournisseurs d'IG (en France)

### Un incontournable : l'Institut Géographique National

- [Géoservices de l'IGN](https://geoservices.ign.fr/telechargement)  
- [Géoportail (portail nationnal d’accès à l’information géographique de référence)](https://www.geoportail.gouv.fr/)

### Les organismes publics et les collectivités territoriales

- [Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM)](http://infoterre.brgm.fr)          
- [Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME)](https://data.ademe.fr/)          
- [Office national des forêts](https://www.onf.fr/onf/connaitre-lonf/+/35::open-data-pour-mieux-partager-les-donnees-forestieres.html)
- [Institut d'aménagement et d'urbanisme de la région Île-de-France (IAU-idf)](http://data.iau-idf.fr/)             
- [Portail Open Data de la région Ile-de-France](https://data.iledefrance.fr/pages/home/)     
- [Mairie de Paris (Paris Data)](https://opendata.paris.fr)           
- ...

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## Les fournisseurs d'IG (au niveau international)

- [Eurostat - GISCO](https://ec.europa.eu/eurostat/web/gisco/geodata/reference-data)
- [Copernicus](https://land.copernicus.eu/)
- [Natural Earth](https://www.naturalearthdata.com/)
- [World Pop](https://www.worldpop.org/)
- [OpenStreetMap (OSM)](https://www.openstreetmap.fr/), données accessibles via des API comme [Overpass-turbo](http://overpass-turbo.eu/)
- [Global Administrative Boundaries (GADM)](https://gadm.org/)

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## L’IGN

L’Institut National de l'Information Géographique et Forestière assure la production, l'entretien et la diffusion de **l'information géographique française de référence**.

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L'IGN met à disposition une masse de données géographiques très importante. Il propose par exemple des données complètes sur le réseau hydrographique, le réseau routier, la topographie ou les différents découpages administratifs et statistiques français, ainsi qu'un certain nombre de référentiels. L'IGN propose des données en format vectoriel et raster. Un portail permet également de visualiser toutes les données :
<img src="data:image/png;base64,#figures/geoportail.png" width="485" />
]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#figures/BD_IGN.png" width="390" />
]

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## Organismes publics et collectivités territoriales

De nombreux instituts d'aménagement et d'urbanisme, observatoires, fédérations, agences spatiales et collectivités territoriales mettent à disposition de l'information géographiques. Dans le cadre d'une politique d'ouverture des données publiques, **nombre de ces ressources sont centralisées sur des portails de diffusion**.

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<img src="data:image/png;base64,#figures/data_gouv.png" width="425" />
Portail national ([data.gouv.fr](https://www.data.gouv.fr/fr/))
]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#figures/data_idf.png" width="425" />
Portail régional ([data.iledefrance.fr](https://data.iledefrance.fr))
]

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## OSM, la plateforme collaborative de l’IG libre

OpenStreetMap (OSM) est un projet de cartographie lancé en 2004 qui a pour but de **constituer une base de données géographiques libre du monde** en utilisant le système GPS et d'autres données libres et ouvertes. **Tout le monde peut y contribuer et/ou utiliser les données**.

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## OSM, la plateforme collaborative de l’IG libre

Densité des bars à Paris avec des données OSM ([T.Giraud, R Geomatic](https://rgeomatic.hypotheses.org/1244) )

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##  Fournisseurs de données attributaires

De nombreuses sources fournissent des données/statistiques qui disposent de référentiels géographiques, qui peuvent facilement être mises en relation à des géométries de référence :

- **Institut national de la statistique et des études économiques** [(INSEE)](https://www.insee.fr/fr/accueil)

- **Les organismes publics et les collectivités territoriales**.

- **Les plateformes collaboratives & coproduction de contenus**, comme [Wikipédia](https://fr.wikipedia.org/wiki/Wikip%C3%A9dia:Accueil_principal)

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## L'INSEE

L'**I**nstitut **N**ational de la **S**tatistique et des **E**tudes **E**conomiques est chargée de la production, de l'analyse et de la publication des statistiques officielles en France. Il organise et exploite les recensements de la population, mène des enquêtes, mesure les principaux indicateurs... Il est **LE producteur** des données statistiques de référence en France.

L'INSEE encourage la diffusion large de ses productions et bases de données. Il autorise la réutilisation des données, y compris à des fins commerciales. Cette réutilisation est, selon les cas, soumise ou non à la signature d'une licence.

Beaucoup des indicateurs sont fournis par entités géographiques (IRIS, quartier, commune, département...) qu'il suffit d'associer aux fonds de carte géréférencés de l'IGN pour des usages cartographiques.

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## Questions centrales pour rechercher de l'IG

- **Quel est mon espace d'étude ?** *Monde ? Europe ? France ? Ile-de-France ? ...*

- **Quel est l'objet géographique sur lequel je travaille ?** *Pays ? Régions ? Communes ? Parcs naturels ? Rivières ? ...*

- **Quelle est la thématique que je souhaite explorer ?** *Environnement ? Démographie ? Transport? ...*

- **Quel est le format de données que je recherche ?** *Géométries ? Données statistiques à joindre à mes couches géographiques ?*

- **Données conventionnelles ou non ? Quelle période ?**

D'un point de vue général, privilégiez l'usage de ressources gérées et maintenues par des **institutions**.

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## L'importance des métadonnées

.pull-left[

Avec la massification des données mises à disposition, **la documentation structurée** des données est essentielle. Elle facilite l'accès au contenu informationnel d'une ressource informatique.

**Une métadonnée est littéralement une donnée sur une donnée. C'est un ensemble structuré d'informations décrivant une ressource** (pas spécifique à l'information géographique).

Les métadonnées synthétisent des informations élémentaires et facilitent la compréhension et l'utilisation des données : **Auteur, date de création/modification, technique de collecte, qualité, taille du fichier, unité de mesure, droits d'utilisation...**.

]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#figures/meta.png" width="700px" style="display: block; margin: auto;" />

Consulter attentivement les métadonnées associées aux données géographiques est primordial.
]

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# 4. Les formats

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## Format de stockage de données vectorielles

Il existe **plusieurs formats de stockage de l'information géographique**. Les plus connus sont :

.medium[
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- **Shapefile (.shp)** : ou « fichier de couches » est le format de fichier **historique** des (SIG). Initialement développé par ESRI pour ses logiciels commerciaux, il est devenu un standard de facto, et est utilisé par un grand nombre de logiciels libres.

- **Geographic JSON (.geojson)** : Un format ouvert d'encodage d'ensemble de données géospatiales simples utilisant la norme JSON (JavaScript Object Notation). Il permet de décrire des données de type point, ligne, chaîne de caractères, polygone et d'y ajouter des attributs d'information qui ne sont pas spatiaux. Le format GeoJSON, contrairement à la majorité des standards de systèmes d'informations géographiques, n'est pas écrit par l'Open Geospatial Consortium, mais par un groupe de travail de développeurs au travers d'internet. 
]

.pull-right[

- **GeoPackage (.gpkg)** : Un format de données géospatiales raster ou vecteur, ouvert, non propriétaire, non lié à un système d'exploitation. Conçu pour être aussi léger que possible, il permet notamment de stocker plusieurs couches géographiques dans un seul et même fichier.

- **Keyhole Markup Language (.kml)** : ou « langage à base de balises géolocales », est fondé sur le formalisme XML et destiné à la gestion de l'affichage de données géospatiales dans les logiciels de SIG. Depuis 2008, le format est normalisé par l'Open Geospatial Consortium. Il s'agit, avec le .gpx, du format classique de données produites par GPS.

]

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## Le shapefile

Son extension est classiquement **.shp**, mais il est toujours accompagné de deux autres fichiers de même nom, mais aux extensions suivantes :

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- **.dbf** : fichier qui contient les données attributaires. 
- **.shx** : fichier qui stocke l'index de la géométrie.

D'autres fichiers peuvent être également fournis : 
- **.sbn et .sbx** : index spatial des formes. 
- **.prj** : information sur le système de coordonnées. 
- **.shp.xml** : métadonnées du shapefile. 
- Et bien d'autres encore : .sbn, .sbx, .fbn,.fbx, .cpg, .atx... 
]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#figures/shape_ex.png" width="400" />
]

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## Format de stockage des données attributaires

**Les données attributaires peuvent être stockées dans des formats très différents**. Les SIG acceptent d'ailleurs de nombreux formats (.txt, .csv, .dbf, .xls, .xlsx, .ods, ...) en entrée pour importer des données attributaires. Ce n'est pas l'aspect le plus important.

**L'identifiant géographique est en revanche primordial**. Il permet de faire le lien avec les géométries, et ainsi les enrichir.

Dans le cas ci-dessus, on utilise l'attribut (identifiant) NomC pour joindre la couche géographique (fichier shapefile) et la table d'attributs (fichier csv par exemple).

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## Données attributaires fournies par l'INSEE

L'INSEE et l'IGN utilisent des identifiants identiques pour qualifier les objets géographiques de référence du territoire français.

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<img src="data:image/png;base64,#figures/Excel_tab.png" width="480" />
]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#figures/qgis_IG.PNG" width="460" />
]

Dans les fichiers de données INSEE (à gauche) l'attribut qui sert d'identifiant unique pour les communes est nommé CODGEO (code INSEE des communes). La couche géographique des communes fournies par l'IGN (à droite), comportent le même identifiant unique nommé INSEE_COM**

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# Des questions ?

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# Atelier

Organisez-vous en groupe et partez en quête d'informations géographiques ! Nous tentons de retrouver des couches géographiques

Objectifs :

- La **dernière version "officielle" du découpage administratif** du territoire français (IGN). 
- La liste des données en **Open Data mises à disposition par l'ONF**. 
- Extraire les **parcs et jardins** de Paris avec **OpenStreetMap** et l'API [overpass-turbo](http://overpass-turbo.eu/). 
- Identifier les couches géographiques de **couverture du sol** mises à disposition pour les **villes Européennes** par l'institut **Copernicus**.

Indice : pensez à spécifier dans votre recherche des mots-clés relatifs :

- Au format des données souhaité (shapefiles)
- A la couverture géographique désirée (France)
- A l'objet géographique recherché.
- A la source de données désirée.

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## Atelier / Solution (1)

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[La dernière version "officielle" du découpage administratif du territoire français](https://geoservices.ign.fr/adminexpress) : Admin express est dédié à cela. Pour cela il faut passer un peu de temps dans l'outil d'accès aux géoservices de l'IGN pour s'y retrouver !

Cette ressource permet d'accéder à tous les découpages géographiques officiels, depuis la commune à la région, et à différentes versions de découpage géographique.
]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#figures/admin_express.PNG" width="800px" style="display: block; margin: auto;" />
]

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## Atelier / Solution (2)

L'ONF répertorie [les ressources géographiques utiles](https://www.onf.fr/onf/connaitre-lonf/+/35::open-data-pour-mieux-partager-les-donnees-forestieres.html) pour la gestion forestière. Il s'agit de données produites par l'ONF, mais pas exlcusivement. Un bon réflexe consiste à regarder ce qui est aussi disponible du côté de l'[IGN](https://geoservices.ign.fr/documentation/donnees/vecteur/bdforet).

.pull-left[

<img src="data:image/png;base64,#figures/ONF.png" width="425" />
]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#figures/FORET.PNG" width="425" />
]

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## Atelier / Solution (3)

Il est au préalable important de définir la clé-valeur de l'objet OpenStreetMap désiré grâce au [wiki OpenSteetMap](https://wiki.openstreetmap.org/wiki/Tag:leisure%3Dpark). Ensuite d'effectuer la requête de l'objet désiré via l'API overpass-turbo.

.pull-left[

<img src="data:image/png;base64,#figures/osm_1.PNG" width="425" />
]

.pull-right[
<img src="data:image/png;base64,#figures/osm_2.PNG" width="425" />
]

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## Atelier / Solution (3)

On peut ensuite exporter les résultats qui répondent à cette requête.

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## Atelier / Solution (4)

L'institut Copernicus [met à disposition](https://land.copernicus.eu/local/urban-atlas) des couches géographiques pour 788 villes européennes (en 2018) de couverture du sol. On peut retracer l'évolution des modifications d'occupation du sol entre 2006 et 2018. Il faut se créer un compte pour accéder aux données.